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Procédé de fabrication d'une peau en composite formant virole non
démoulable
La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication des
peaux en composites formant viroles, c'est-à-dire présentant sensiblement une
forme à symétrie de révolution autour d'un axe.
De telles peaux composites, obtenues par agencement de plis de
tissus sur un outillage formant virole, imprégnés de résine préalablement
(plis
dits pré-imprégnés ) ou postérieurement (plis dit post-imprégnés ou
infusés ) à leur mise en place sur l'outillage, sont utilisées notamment pour
les entrées d'air de nacelles pour turboréacteurs d'aéronefs, où elles sont
alors
percées et couplées à des structures alvéolaires de type nid d'abeille.
On obtient de la sorte des structures sandwich dites 360 ,
c'est-à-dire permettant de réaliser une fonction d'absorption acoustique sur
toute la périphérie intérieure de l'entrée d'air : de telles structures sont
connues
par exemple des documents FR 2 847 304, FR 2 931 205 et WO 2005/090156.
Un problème constant intervenant lors de la fabrication de telles
structures sandwich est que la peau formant virole présente en général des
zones convexes qui excluent la possibilité de démouler cette peau d'un
outillage en une seule opération.
Il faut donc soit réaliser un outillage complexe comprenant
plusieurs parties mobiles relativement les unes aux autres (appelées clés
),
soit réaliser la peau composite en plusieurs parties que l'on vient ensuite
relier
entre elles.
Dans un cas comme dans l'autre, les opérations sont complexes,
et donnent lieu à de nombreux accidents aérodynamiques à la surface de la
peau obtenue à l'issue du procédé, dans la zone de liaison soit entre les
différentes clés de l'outillage, soit entre les différentes parties formant la
peau.
La présente invention vise notamment à réduire ces inconvénients,
et fournit pour cela un procédé de fabrication d'une peau en composite formant
virole comprenant les étapes successives suivantes visant à :
- draper des plis de tissus, soit pré-imprégnés, soit secs, sur un
moule, ledit moule formant virole et présentant un renflement
empêchant le démoulage de la peau composite par
coulissement axial de ladite peau sur ledit moule,
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- prévoir une ligne de séparation définissant deux bords sur le
drapage ainsi obtenu,
- post-imprégner ce drapage de résine si le tissu déposé est sec,
- cuire cette résine,
- ôter du moule la peau ainsi obtenue grâce à la ligne de
séparation,
- éclisser les deux bords de la peau.
Ainsi, pour retirer la peau cuite du moule formant virole, il suffit
d'écarter les deux bords de cette peau situés de part et d'autre de la ligne
de
séparation, en utilisant l'élasticité de cette peau.
La présente invention permet ainsi de simplifier considérablement
la fabrication des peaux composites formant viroles non démoulables, et de
limiter les accidents aérodynamiques à la surface de telles peaux.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la présente
invention :
- on réalise ladite ligne de séparation au moyen d'une rainure
formée dans ledit moule formant virole, dans laquelle on introduit un outil de
coupe avant l'arrivée de la résine ;
- on met en place une réglette dans ladite rainure préalablement à
l'imprégnation des plis par la résine ;
- on réalise ladite ligne de séparation avec au moins une réglette
fixe solidaire dudit moule formant virole, contre laquelle viennent en butée
deux
bords du drapage de plis ;
- on met en place un couvre-réglette sur ladite réglette
préalablement à l'imprégnation des plis par la résine ;
- on réalise ladite ligne de séparation par simple coupe du drapage
de plis dans son épaisseur, avec éventuellement une coupe en pleine
épaisseur suivie de coupes dans une partie seulement de l'épaisseur du
drapage, permettant d'obtenir des bords en escalier ;
- on réalise ladite ligne de séparation par recouvrement de deux
bords du drapage;
- on met en place un séparateur entre les deux bords du drapage
adjacents à la ligne de séparation préalablement à l'imprégnation des plis par
la résine ;
- on réalise ladite ligne de séparation par recouvrement d'une
empreinte formée sur le moule formant virole ;
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- on réalise ladite ligne de séparation par drapage des plis sur un
moule formant virole de dimensions supérieures à celles de la pièce finale,
afin
d'obtenir une peau ouverte, et l'on usine les deux bords de ce drapage
adjacents à la ligne de séparation après cuisson de la résine ;
- on réalise ladite ligne de séparation selon une direction choisie
dans le groupe comprenant la direction longitudinale, la direction
transversale,
et toute position intermédiaire entre ces deux positions ;
- on imprègne ledit drapage de résine si c'est du tissu sec utilisé,
notamment en version "infusion", au moyen d'une vessie que l'on applique sur
ce drapage contre le moule formant virole, et que l'on met sous vide ;
- on réalise l'éclissage des deux bords de la peau sur ou à
l'intérieur d'un outillage à clés ;
- on vient rapporter sur ladite peau éclissée disposée sur ou à
l'intérieur dudit outillage à clés, une structure alvéolaire du type nid
d'abeilles ;
- on colle ladite peau en composite à l'intérieur ou à l'extérieur d'un
ensemble formé d'une structure alvéolaire du type nid d'abeilles fixée sur une
autre peau en composite, et on réalise l'éclissage des deux bords de la peau
sur ou à l'intérieur de cet ensemble.
Le cas échéant, le perçage acoustique de la peau peut se faire
après polymérisation de cette peau, avant implantation de la structure
alvéolaire. De manière alternative, cette peau peut être percée après
implantation de la structure alvéolaire.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue de dessus d'un moule formant virole sur
lequel on a drapé des plis de tissu destinés à la formation d'une
peau en composite, correspondant à un premier mode de
réalisation du procédé selon l'invention,
- la figure la est une vue de détail de la zone I de la figure 1,
- les figures lb à 1f sont des vues analogues à celles de la figure
la, mettant en évidence les différentes étapes de ce premier
mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- les figures lg et lh sont analogues respectivement aux figures 1
et la, et concernent une variante du premier mode de réalisation
du procédé selon l'invention,
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- les figures 2 à 2i sont analogues respectivement aux figures la à
lh, et concernent un deuxième mode de réalisation du procédé
selon l'invention,
- les figures 3 à 3e concernent un troisième mode de réalisation du
procédé selon l'invention, étant noté que la figure 3b est une vue
en coupe transversale de la zone de séparation du drapage
disposé sur le moule formant virole,
- les figures 4 à 4e sont des vues en coupe transversale de cette
zone de séparation, pour un quatrième mode de réalisation du
procédé selon l'invention,
- les figures 5 à 5b sont des vues en coupe transversale de cette
zone de séparation, pour un cinquième mode de réalisation du
procédé selon l'invention,
- les figures 6 et 6a sont des vues en coupe transversale de cette
zone de séparation, pour un sixième mode de réalisation du
procédé de réalisation selon l'invention,
- les figures 7 et 8 sont des vues analogues à celles des figures 1
et 2, dans le cas où la ligne de séparation sur le drapage est
transversal,
- la figure 8a est une vue de détail de la zone VIII de la figure 8,
- la figure 9 montre de manière schématique la réalisation d'une
peau composite sur un moule formant virole, lorsque cette peau
est disposée à l'extérieur de ce moule,
- la figure 9a illustre l'éclissage de la peau composite ainsi
obtenue, disposée à l'extérieur d'un outil à clés,
- la figure 9b illustre la mise en place d'une structure alvéolaire du
type nid d'abeille sur la peau composite éclissée à l'issue de
l'étape de la figure 9a,
- les figures 10 à 10b illustrent des étapes analogues à celles des
figures 9 à 9b, lorsque la peau composite est disposée à
l'intérieur d'un moule formant virole, puis éclissée et recouverte
d'une structure alvéolaire du type nid d'abeille à l'intérieur d'un
outil à clés,
- les figures 11 à 11c sont analogues respectivement aux figures 9
à 9b, et concernent le mode de réalisation des figures 6 ou 6a,
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étant noté que la figure llb est un agrandissement de la zone XI
de la figure 11a,
- les figures 12 à 12c sont analogues respectivement aux figures
à 10b, pour un mode de réalisation analogue à celui des
5 figures
6 à 6a, étant noté que la figure 12b est un agrandissement
de la zone XII de la figure 12a, et
- les figures 13a et 13 b sont des vues d'un autre mode de
réalisation du procédé selon l'invention.
Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou
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analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou
analogues.
On notera par ailleurs que l'on a pris soin de représenter pour
chacune des figures un repère XYZ, dont chacun des axes est colinéaire
respectivement aux directions longitudinale, transversale et verticale d'un
aéronef sur lequel est monté une nacelle incorporant au moins une peau
composite obtenue par le procédé selon l'invention.
En se reportant à la figure 1, on peut voir un moule formant virole
1, réalisé par exemple en acier ou autres alliages métalliques.
Ce moule 1 est destiné à être recouvert d'un drapage de tissu
destiné à la formation d'une pièce en composite présentant une forme
sensiblement à symétrie de révolution.
Comme cela est visible sur la figure 1, le moule 1 présente un
renflement 5 empêchant le démoulage de la peau composite par simple
coulissement axial de cette peau sur ce moule.
Pour permettre ce démoulage, on prévoit une rainure longitudinale
7 formée dans l'épaisseur du moule 1, et s'étendant légèrement au-delà de la
zone du moule destinée à être drapée par les plis de tissu 3, comme cela est
visible notamment sur la figure lb.
Pour réaliser la peau en composite, on commence par draper les
plis de tissu sur toute la périphérie du moule 1, y compris sur la rainure 7,
comme cela est visible à la figure lb.
Ensuite, comme cela est visible à la figure 1c, au moyen d'un outil
coupant 9 actionné manuellement ou automatiquement, on vient couper le
drapage de plis le long de la rainure 7.
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Puis, comme cela est visible à la figure lb, on vient rapporter une
réglette 11 présentant sensiblement une section en T à l'intérieur de la
rainure
7, de manière à obturer cette rainure sur toute sa longueur.
Puis on recouvre l'ensemble du drapage, y compris la réglette 11,
d'une vessie souple 14 que l'on met sous vide, assurant ainsi le recouvrement
étanche de l'ensemble du drapage 3 et de la réglette 11.
En cas d'infusion de résine, on introduit la résine polymérisable
sous pression sous la vessie souple 14 ( post-imprégnation dite aussi
infusion de résine), de manière que cette résine imprègne l'ensemble du
drapage.
On élève la température de l'ensemble ainsi obtenu, par exemple à
l'intérieur d'un autoclave, de manière à faire durcir la résine.
Par la suite, on enlève la vessie souple, puis la réglette 11, et l'on
ôte la peau composite ainsi obtenue du moule 1 grâce à la ligne de séparation
précédemment réalisée le long de la rainure 7, et à la relative souplesse de
cette peau.
A noter que l'on peut prévoir deux rainures 7a et 7b sensiblement
parallèles, comme cela est illustré à la figure lh, permettant de réaliser
deux
lignes de coupe dans le drapage, par exemple lorsque l'on souhaite que la
peau composite ainsi obtenue présente un diamètre plus important que le
besoin final.
On notera que dans ce cas particulier, on peut prévoir une réglette
analogue à celle de la figure le, mais présentant deux pieds destinés à
s'insérer respectivement dans les rainures 7a et 7b.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, une réglette 11 montée
fixe sur le moule 1, et s'étendant longitudinalement légèrement au-delà des
deux extrémités du drapage 3, comme cela est visible notamment sur les
figures 2 et 2b.
Dans ce mode de réalisation, on peut réaliser le drapage 3 de
manière que l'un de ses bords 13a vienne en butée contre la réglette 11, et
que
l'autre de ses bords 13b recouvre légèrement cette réglette 11, étant noté
qu'a
l'étape suivante représentée à la figure 2c, on vient couper au moyen d'un
outil
9 la surlongueur de drapage de manière que les deux bords de celui-ci
viennent correctement en butée de part et d'autre de la réglette 11.
Dans une autre variante représentée à la figure 2d, on peut utiliser
les deux faces de la réglette 11 comme faces de départ et d'arrivée du
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drapage, le pliage des différents plis formant ce drapage étant réalisé à
l'arrivée en butée contre les faces de cette réglette : dans ce cas, aucun
outil
coupant n'est nécessaire.
Dans l'une ou l'autre de ces deux variantes, on vient ensuite
recouvrir la réglette 11 d'un couvre-réglette 15, qui est en fait une pièce
femelle
apte à recevoir cette réglette 11 tout en appuyant sur les bords adjacents du
drapage 3.
L'étape 2f est analogue à l'étape 1f: cette étape consiste en effet à
recouvrir le drapage et le couvre-réglette 15 d'une vessie 14 que l'on met
sous
vide, puis à introduire la résine sous pression si c'est du tissu sec utilisé
en
version "infusion", l'ensemble ainsi obtenu étant placé dans un autoclave afin
de durcir la résine.
Le démoulage de la peau composite ainsi obtenu est représenté à
la figure 2g : comme dans le mode de réalisation précédent, on utilise
l'élasticité de cette peau pour écarter les deux bords adjacents de cette peau
de la réglette 11 (flèches F1, F2), pour sortir axialement (flèches F3 et F4)
cette
peau du moule 1.
A noter qu'en variante, on peut aussi utiliser des plis de tissu pré-
imprégnés de résine. Ceci est applicable également aux modes de réalisation
qui vont être décrit dans ce qui suit.
Dans la variante représentée aux figures 2h et 2i, on voit que l'on
peut prévoir deux réglettes 11a et 11b, de manière analogue aux deux rainures
7a et 7b du mode de réalisation précédent, auquel cas on doit envisager un
couvre-réglette à deux gorges, appropriées pour s'encastrer respectivement
sur ces deux réglettes 11a et 11 b.
Dans le mode de réalisation des figures 3a, 3e on ne prévoit ni
rainure ni réglette à la surface du moule 1.
Comme indiqué à la figure 3, on se contente de découper le
drapage 3 à pleine peau au moyen d'un outil coupant 9, comme indiqué par la
ligne de découpe 17.
De manière alternative, comme représenté à la figure 3, on peut
réaliser une découpe 17 sur une épaisseur du drapage 3, ainsi qu'une pluralité
de découpes adjacentes en escalier 17a, 17b, 17c, 17d, sur les différentes
épaisseurs du drapage.
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Une fois cette découpe réalisée, comme représenté aux figures 3b
et 3c, on place une feuille d'un séparateur 19 entre les deux bords 13a et 13b
du drapage.
Cette feuille 19, qui peut être réalisée par exemple en PTFE
(polytétrafluoroéthylène) est choisie de sorte que sa face extérieure 19a soit
polymérisable avec la résine, tandis que sa face intérieure 19b (c'est-à-dire
sa
face située en vis-à-vis du moule 1) ne le soit pas.
Ce séparateur 19 permet, lors de l'étape d'imprégnation de résine
(voir figure 3d analogue à celle des figures 1f et 2f) si c'est du tissu sec
utilisé
en version "infusion", d'éviter que la résine ne se glisse entre les deux
bords
13a et 13b du drapage.
Une fois l'étape de polymérisation de la résine réalisée, on peut
écarter les deux bords de la peau composite ainsi obtenue, et la retirer du
moule 1, comme indiqué à la figure 3e.
La partie débordante du séparateur 19 peut par la suite être
supprimée, par exemple par découpe.
Le mode de réalisation des figures 4a, 4e diffère du précédent en
ceci que l'on prévoit un recouvrement entre les bords 13a et 13b du drapage 3.
On envisage, de même que dans le mode de réalisation précédent,
la mise en place d'un séparateur 19, présentant les mêmes caractéristiques de
polymérisation sur ses faces 19a et 19b que celles décrites à propos de la
figure 3b.
Dans la variante représentée à la figure 4, ce séparateur est collé
sous le bord 13b du drapage 3, lequel bord est maintenu écarté de l'autre bord
13a de ce drapage par une réglette 21 de forme appropriée.
Dans la variante représentée à la figure 4a, le séparateur 19 est
collé sur le bord 13a du drapage 3, destiné à être recouvert par l'autre bord
13b
de ce drapage.
Dans un cas comme dans l'autre, une fois que l'on a recouvert le
bord 13a du drapage 3 par le bord 13b, on arrive à la configuration de la
figure
4c, dans laquelle on peut observer un recouvrement mutuel de ces deux bords,
le séparateur 19 présentant alors une section sensiblement en baïonnette.
La figure 4d illustre le positionnement de la vessie souple 14,
permettant l'imprégnation du drapage par la résine sous pression si c'est du
tissu sec utilisé en version "infusion".
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La figure 4e montre le résultat obtenu après passage en autoclave :
le séparateur 19 reste solidaire du bord 13b du drapage, du fait de la
polymérisation de la résine, mais se détache aisément de l'autre bord 13a de
ce drapage, permettant ainsi l'écartement des deux bords de la peau
composite ainsi obtenue en vu de son escamotage axial du moule 1.
Dans le mode de réalisation des figures 5a, 5b, on prévoit une
empreinte longitudinale 23 solidaire du moule formant virole 1.
On dispose alors le drapage 3 de sorte que son bord 13a vienne en
butée entre cette empreinte 23, et son autre bord 13b vienne recouvrir en
quasi
totalité cette empreinte 23.
Ainsi, après disposition de la vessie souple 14 (figure 5a),
imprégnation du drapage de résine (si c'est du tissu sec utilisé en version
"infusion") et cuisson en autoclave, on peut écarter les deux bords de la peau
composite obtenus, comme visible sur la figure 5b, ces deux bords présentant
une géométrie appropriée à leur recouvrement ultérieur, du fait de la forme en
baïonnette conférée par l'empreinte 23 au bord 13b de la peau composite,
comme visible sur cette figure 5b.
Le mode de réalisation des figures 6 et 6a montre que l'on peut
aussi prévoir de réaliser un drapage sur un moule formant virole 1, présentant
des dimensions supérieures à celles que l'on souhaite pour la peau composite
finale.
Dans ce cas, on ne drape le moule 1 que sur une partie de sa
périphérie, de manière à laisser une distance circonférentielle d entre les
deux
bords 13a et 13b de ce drapage.
On peut également disposer les différents plis de ce drapage de
manière qu'ils présentent une configuration en escalier, comme cela est
visible
à la figure 6a.
La figure 7 montre que l'on peut appliquer les préceptes qui
précèdent à la réalisation d'une zone de jonction transversale 25 entre deux
moitiés 3a et 3b du drapage 3.
Cette ligne de jonction transversale 25 se trouve alors au droit du
renflement 5 du moule formant virole 1.
Les figures 8 et 8a illustrent le cas particulier où cette ligne de
jonction 25 est réalisée conformément aux préceptes du mode de réalisation
des figures 5a, 5b, c'est-à-dire avec réalisation d'une empreinte 23 sur toute
la
circonférence du moule formant virole 1.
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Dans ce dernier cas, comme dans le mode de réalisation des
figures 5a, 5b, on se retrouve donc avec une peau composite comprenant deux
bords 13a et 13b qui se recouvrent mutuellement, ce recouvrement étant en
l'espèce circonférentiel.
5 Les
figures 9a, 9b, récapitulent la fabrication d'une peau composite
selon l'un quelconque des modes de réalisation des figures 1 à 5, dans le cas
où l'on réalise le drapage sur un moule formant virole 1 mâle.
Comme cela est visible à la figure 9, on commence donc par
réaliser le drapage 3 sur la périphérie extérieure du moule 1.
10 Après
les étapes d'imprégnation de résine si c'est du tissu sec
utilisé en version "infusion" et de cuisson, on peut démouler la peau
composite
obtenue du moule 1 par déformation élastique de cette peau, comme indiqué
précédemment.
On vient ensuite disposer cette peau sur un outillage à clés 27,
c'est-à-dire sur un outillage comportant plusieurs éléments mobiles les uns
par
rapport aux autres, permettant l'enlèvement de la peau composite y compris
lorsqu'elle est devenue monobloc, c'est-à-dire lorsque ces deux bords opposés
13a et 13b ont été joints l'un à l'autre.
Sur cet outil à clés 27, on réalise l'éclissage 29 des deux bords
13a, 13b de la peau composite.
Cet éclissage est réalisé typiquement par apport et polymérisation
d'un élément composite extérieur.
Puis, dans le cas où l'on souhaite que la peau composite soit
recouverte d'une structure acoustiquement absorbante, on peut rapporter à la
périphérie extérieure de cette peau composite, par collage, une structure
alvéolaire du type nid d'abeille 31, qui sera de préférence densifiée dans la
zone 33 qui se trouve en regard de l'éclissage 29.
Une fois l'ensemble de ces opérations réalisé, on peut démonter
l'outillage à clés 27 de manière à récupérer la pièce ainsi obtenue.
A noter que le perçage acoustique de la peau peut se faire après
polymérisation de cette peau, avant implantation de la structure alvéolaire.
De
manière alternative, cette peau peut être percée après implantation de la
structure alvéolaire.
Les figures 10 à 10b sont analogues aux figures 9 à 9b, et
concernent une variante dans laquelle le drapage de plis est réalisé à
l'intérieur
d'un moule 3, puis traité conformément au procédé selon l'invention.
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Plus précisément, une fois la peau composite obtenue à l'issue des
différentes étapes décrites précédemment, on peut retirer cette peau de
l'intérieur du moule 1 par des rapprochements élastiques de ces deux bords
13a, 13b.
Les étapes d'éclissage de la peau à l'intérieur d'un outillage à clés
27 (figure 10a), puis d'apport d'une structure alvéolaire du type nid
d'abeille 31
(figure 10b), sont ensuite analogues à celles décrites au sujet des figures 9a
et
9b.
Les figures 11 à 11c sont analogues aux figures 9 à 9b, mais se
rapportent au mode de réalisation du procédé selon l'invention décrit à la
figure
6a.
Comme indiqué précédemment, dans ce mode de réalisation
particulier, on réalise le drapage de plis 3 sur un moule formant virole 1
présentant des dimensions supérieures à celles de la pièce que l'on souhaite
finalement obtenir.
On peut voir sur la figure 11 le drapage en escalier, correspondant
à celui qui est illustré à la figure 3.
La figure 11b montre que l'éclissage sur un outillage à clés 27
s'effectue dans ce cas par apport d'une pluralité d'éléments extérieurs en
composite 29a, 29b.
Le mode de réalisation des figures 12 à 12c est analogue à celui
des figures 11 à 11c, mais dans le cas où le drapage de plis 3 est réalisé à
l'intérieur d'un moule formant virole 1, et/ou l'éclissage et l'apport d'une
structure alvéolaire sont réalisés à l'intérieur d'un outillage à clés 27.
Comme on peut le comprendre à la lumière de ce qui précède, le
procédé selon l'invention permet de réaliser des peaux composites sous forme
de viroles, c'est-à-dire à 3600, présentant le minimum d'accidents
aérodynamiques, avec un outillage extrêmement simple.
Ce procédé, selon lequel on réalise une ligne de séparation à un
endroit approprié du drapage de plis de tissu, et l'on récupère la peau
composite obtenue par déformation élastique par rapport à son moule, permet
d'obtenir des peaux composites présentant des formes sensiblement à
symétrie de révolution, qu'il serait impossible d'obtenir sans outillage à
clés
complexe.
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On peut notamment obtenir des peaux composites formant viroles
présentant des zones de creux et de renflement excluant tout démoulage par
translation par rapport à un moule traditionnel.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux
modes de réalisations décrits et représentés, fournis à titre de simples
exemples.
C'est ainsi par exemple que l'on peut aussi envisager de placer
une peau en composite obtenue par le procédé exposé ci-dessus, à l'intérieur
ou à l'extérieur d'un ensemble 35 formé d'une structure alvéolaire du type nid
d'abeilles 31 fixée sur une autre peau ou coque en composite 37 déjà
polymérisée comme par exemple en RTM, et on réalise l'éclissage des deux
bords de la peau 13a, 13b sur ou à l'intérieur de cet ensemble 35, comme cela
est représenté sur les figures 13a et 13b ci-annexées.
Dans ce mode de réalisation, l'ensemble 35 constitue un caisson
monobloc sur lequel la peau en composite obtenue par le procédé ci-dessus
est rapportée par collage.
